镁质抗裂剂在潍坊滨发商务中心混凝土裂缝控制中的应用研究

李从号，王兵光，刘拼，徐可，纪宪坤

（武汉三源特种建材有限责任公司，湖北 武汉 430080）

0 前言

近年来，城市的快速发展推动了我国建筑行业的发展，钢筋混凝土材料被越来越多地被运用到建筑工程中[1]。混凝土是一种脆性材料，其抗压强度高而抗拉强度低，抗拉强度约为抗压强度的十分之一。当因收缩导致体积发生变化时，边界受到约束的混凝土就会产生拉应力，一旦超过其抗拉强度，就会导致混凝土开裂[2]。

混凝土由于其材料特性会产生塑性收缩、温度收缩、化学收缩、干燥收缩。收缩是混凝土产生非载荷裂缝的主要原因，解决收缩变形是控制混凝土裂缝最直接有效的手段。游宝坤等[3]建议采用补偿收缩混凝土来减少混凝土裂缝，通过在结构中产生一定的预压应力来抵消混凝土的部分收缩应力。目前常用的膨胀剂有氧化钙类、氧化钙—硫铝酸钙类及氧化镁类，氧化钙及氧化钙—硫铝酸钙类膨胀剂在较高温度下水化速率快、水化程度大，难以与混凝土的强度发展及收缩过程匹配，这是该类膨胀剂的短处[4]。相比于传统膨胀剂，氧化镁类膨胀剂具有水化需水量少、膨胀过程可调控、水化产物稳定的优点[5-7]。本文根据项目特点选用镁质抗裂剂配制补偿收缩混凝土，结合对混凝土原材料及施工控制等措施，研究混凝土裂缝的控制技术，为今后地下工程混凝土裂缝控制提供借鉴。

1 工程概况

1.1 工程尺寸信息

滨发商务中心位于潍坊市滨海经济开发区，总建筑面积843933.56m2，其中地上建筑面积56225.06m2，地下建筑面积27708.50m2，分为1#、2# 两栋主楼。地下室二层，基础形式为筏板基础，结构形式为钢筋混凝土框架结构体系，车库筏板厚0.6～0.8m，1# 楼筏板厚2.0m，2# 楼筏板厚1.8m，外墙厚0.35m；地下室防水等级为一级防水，地下室底板、外墙、顶板采用 C40P8补偿收缩混凝土，底板南北方向宽93.7m、东西方向长187m，地下车库底板后浇带示意图如图1所示。

图1 地下车库底板后浇带示意图

1.2 项目难点

（1）主楼筏板尺寸较厚，为大体积混凝土，在冬季施工，环境温度低，且混凝土强度等级高，胶材用量大，混凝土内部温升大，温降收缩较大。

（2）5～9月期间该地区风大，昼夜温差较大，最大可达16℃，且混凝土因温度收缩及干燥收缩开裂风险加大。

（3）墙体尺寸相对较薄，混凝土浇筑完后升温和降温速率均较快，温度收缩大，且墙体受到钢筋及底板约束大，开裂风险大。

（4）该工程地下水位较高，对混凝土裂缝控制要求高。

2 混凝土配合比设计

2.1 原材料的选择

水泥：P·O42.5级普通硅酸盐水泥。

粉煤灰：粉煤灰选用烧失量低，Ⅱ级以上品质。

矿粉：选用 S95级磨细矿渣粉。

骨料：粗骨料选用连续级配5～31.5mm 碎石，细骨料为Ⅱ区中砂，河砂。严格控制粗细骨料含泥量及泥块含量，要求粗骨料≤1%，细骨料≤2%。

减水剂：选用萘系减水剂。

镁质抗裂剂：武汉三源特种建材有限责任公司生产的镁质高性能混凝土抗裂剂，20℃ 水养条件下，7d 胶砂限制膨胀率为1.7×10-4，7d 到28d 胶砂限制膨胀率增长值 Δξ 为1.5×10-4；7d 胶砂强度为26MPa，28d 胶砂强度为44MPa。

2.2 混凝土配合比

为控制混凝土的收缩，经多次试配对混凝土配合比进行优化，确定满足混凝土力学性能、工作性能及补偿收缩要求的配合比，如表1所示。

表1 混凝土配合比 kg/m3

3 混凝土现场控制及养护

3.1 现场施工控制

科学的现场施工控制是保证补偿收缩混凝土发挥其防水效果非常重要的环节，原材料的计量准确与稳定是重要因素。施工现场需保证混凝土和易性，现场坍落度控制在180mm±20mm 以内，混凝土入模温度应≤30℃。严禁直接加水，浇筑混凝土使用插入式振捣器，应“快插慢拔”，并且要上下微微抽动，以使上下振动均匀。插点要均匀排列，逐点移动，按顺序进行，不得漏插，做到均匀振实。振捣棒移动间距不大于500mm。振捣上一层应插入下一层50mm，以消除两层间的接缝。在振捣时，使混凝土表面呈水平，浇筑混凝土应连续进行。如必须间歇，不再显著下沉，不再出现气泡，表面泛出灰浆为止。其间歇时间应尽量缩短，并应在前层混凝土凝结之前，将次层混凝土浇筑完毕。随时观测模板、支架、钢筋、预埋件和预留孔洞等情况，保证混凝土浇筑连续顺利进行。

图2为现场混凝土浇筑振捣控制图。

图2 混凝土现场浇筑振捣控制

3.2 混凝土养护

混凝土拆模时期、养护方式也是控制混凝土裂缝重要因素，混凝土终凝后应及时养护，结构混凝土养护期不得少于14d，拆模、养护主要遵循以下原则：

（1）地下室车库底板，施工期为冬季施工，混凝土浇筑完毕找平抹面，在初凝至终凝间搓抹1～2遍，并立即用塑料薄膜及棉被覆盖，加强裸露混凝土表面的保温覆盖，对边、棱角部位的保温厚度增大到面部位的2～3倍。

（2）地下室外墙处于春夏季施工，墙厚350mm，拆模时间为3～5d（冬季施工应适当采取保温措施），待混凝土内部温度与环境温度差值在10℃ 以内再洒水养护14天。

（3）地下室顶板采用覆盖薄膜保湿洒水的养护方式，混凝土浇筑前7天，白天每隔3h 洒水一次，晚上洒水一次，7～14d 白天洒水两次。

4 现场数据分析

现场在混凝土结构中心部位埋设 VWS-15型振弦式应变计，该应变计能同时监测混凝土内部的温度及应变，当该结构部位有应力变化出现时，随之会引起应变计产生变形，从而对振弦产生相应的应力变化，改变振弦频率，最后通过电缆传递到对应软件中进行转化得到该结构部位应变情况[8]。现场测得的温度及应变数据变化规律基本一致，选取2# 楼筏板及外墙数据进行分析，如图3～5所示。

图3 筏板中心温度及应变随时间变化曲线

筏板浇筑期间环境温度为2～11℃，混凝土入模温度为10～13℃，从图3中数据可以看出，混凝土在50h达到温峰值44.6℃，约19d 左右降到环境温度11.5℃，平均降温速率约为2℃/d，满足 GB50496—2018《大体积混凝土施工标准》[9]中的温控要求，说明采取的保温措施保温效果明显。应变值在8d 左右达到峰值124.1με，随着后期温度收缩及干燥收缩的进行，应变值出现了小幅度倒缩，在35d 应变值为107.7με，说明混凝土内部仍处于微膨胀状态。

该段侧墙浇筑时间为7月中旬，环境温度为23～35℃，混凝土入模温度29.8℃，从图4可以看出，18h左右达到温峰值57.3℃，升温速度约为1.5℃/h，5d 左右降至环境温度29.4℃，平均降温速率6.3℃/d；外墙相对较薄，且环境温度昼夜温差较大，混凝土在浇筑完后升温及降温速度均较快。

图4 侧墙中心温度与环境温度随时间变化曲线

图5 侧墙中心应变随时间变化曲线

从图5中可以看出，混凝土在2.6d 左右到达应变峰值69.6με，随着早期混凝土内部温度快速下降及干燥收缩的进行，混凝土内部应变早期下降较快，后逐步平稳，在32d 的应变值为22.4με，说明混凝土内部处于微膨胀状态。

5 项目效果

采用镁质抗裂剂配制补偿收缩混凝土，在工程各个参与方积极配合共同努力下，通过混凝土质量控制、施工及拆模养护控制，该地下工程取得了良好的抗裂效果，除侧墙有3条微裂缝（裂缝宽度0.06mm，未贯穿）外，未发现其他裂缝。底板、顶板均未发现裂缝，回填后未发现渗漏水。图6为墙体外观效果。

图6 墙体效果

6 结论

本工程选用镁质抗裂剂配制补偿收缩混凝土，结合混凝土质量控制、现场施工过程及拆模养护控制来保证混凝土的抗裂效果。经验证，该项目取得了良好抗裂效果，也为同类工程施工提供参考依据，主要结论如下：

（1）冬季大体积筏板施工，采取合理的保温措施能有效控制温降速率，结合镁质抗裂剂的补偿收缩作用，能较好地控制裂缝的产生。

（2）侧墙属于薄板结构，升温及降温速率均较快，抗裂剂在3d 龄期内产生的微膨胀能有效补偿早期温降收缩，混凝土在32d 的应变值为22.4με，其内部仍处于微膨胀状态。

（3）混凝土裂缝控制是一项综合性的技术，采用镁质抗裂剂配制补偿收缩混凝土，同时加强对混凝土原材料、施工过程及拆模养护的控制，能取得良好的抗裂防渗效果。